Ориентировочные значения скорости сварки при

АВТОМАТИЧЕСКОЙ (АФ) И МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКЕ(МП)

1. АФ на флюсовой подушке без разделки кромок.

 

 

δ, мм	3	5	8	10	12	14	16	20
υсв, м/ч	48-50	48-50	48-50	32-34	30-32	25-30	27-29	22-24

 

2. АФ на флюсовой подушке V- образной разделкой кромок

 

δ, мм	14	16	20	24
υсв, м/ч	36	32	27	19

 

3. АФ угловых швов в «лодочку».

 

δ, мм	6	8	10	12
υсв, м/ч	45-47	28-30	20-22	18-20

 

4. АФ угловых швов наклонным электродом.

 

δ, мм	3	4	5	7
υсв, м/ч	60	53-55	54-58	44-46

 

Окончание приложения 8

МП стыковых швов без разделки кромок.

 

δ, мм	0,6-1,0	1,2-2,0	3-5	6-8*	8-12*
υсв, м/ч	20-25	18-24	20-22	18-22	16-20

 

Примечание: * - с разделкой кромок.

 

5. МП  угловых швов.

 

δ, мм	1,0-1,3	1,5-2,0	1,5-3,0	3-4	5-6	7-9	10-15
υсв, м/ч	18-20	16-18	14-16	20-22	29-31	30-32	30-32

 

Задача 1.

Расчет одностоечных поворотных устройств.

 

Задание:

1 Изучить конструкцию изделия и ТУ на ее изготовление из соответствующего ГОСТа выбрать типы соединения. На чертеже изделия указать условное обозначение сварных швов. ГОСТ 16037-80, ГОСТ 2.312-72. (Конструкция изделия в приложении 1)

2 Выбрать соответствующие виды сварки, отдавая предпочтение механизированной и автоматической сварки.

3 Указать конструктивные элементы и размеры сварных соединений до сварки, и размеры швов после сварки.

4 Разработать технологический процесс сборки, сварки узла и выявить наибольшее удобное положение для осуществления прихватки и сварки.

5 Определить вес изделия с входящими элементами и положением центра тяжести.

6 Рассчитать крутящий и опрокидывающий момент и в зависимости от величины и исходных данных подобрать поворотное устройство.

7 Выполнить расчет поворотного устройства.

 

Решение:

Расчёт манипулятора

При сварке трубы с фланцем с обратной стороны для удобства работы сварщика можно использовать сварочный манипулятор. Он будет поворачивать изделие в процессе сварки. Произведем подбор сварочного манипулятора.

Схема расчёта вертикального сварочного манипулятора представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Схема расчета манипулятора

Мощность привода и прочность элементов поворотного устройства рас­считывается под действием на него усилия и момента и выбранной скорости вращения.

Дано: D₂=… мм; δ_ф=… мм; d₁=… mm; d₆=… mm;

Х₁=… мм; Х₂=…мм; Х₃=…мм; Х₄=… мм; Х₅=… мм; Х₆=… мм.

У₁=… мм; У₂=… мм; У₃=… мм; У₄=… мм; У₅=… мм; У₆=…мм.

Рисунок 2 – Схема расчета центра тяжести

 

1. Находим центр тяжести (рисунок 2)

,мм                                                                                      (1)

,мм                                                                                        (2)

где F – площадь;

Х_c, - расстояние от начало координат до центра детали (по х);

У_С, - расстояние от начало координат до центра детали (по у);

F₁=… мм; F₂=… мм; F₃=… мм; F₄=… мм; F₅=… мм; F₆=… мм.

S_x=F₁ х₁ + F₂ x₂ + F₃ x₃ + F₄ x₄ + F₅ x₅ + F₆ x₆

S_x =…мм ³

S_y=F₁y₁ + F₂y₂ + F₃y₃ + F₄y₄ + F₅y₅ + F₆y₆

S_y=… мм ³

 

=…мм²

мм

…мм

 

Рисунок 3 – Расположение центра тяжести трубопровода

2 Определим вес изделия G

G=ρ·V

ρ – плотность стали

V– объем детали

 

V=V₁+V₂+V₃+V₄+V₅+V₆

 см³

 см³

V₂=V₃=V₄

 см³

 см³

V=… см³

G=… г =… кг =… Н

 

2 Определим опорные реакции.

Н - опорная реакция, расположенная в вертикальной

 

плоскости перпендикулярно к оси шпинделя.

h=X_c+30=… мм

…Н - опорная реакция в горизонтальной плоскости

R – наибольший радиус изделия (фланца);

е=… мм отклонение центра вращения от центра тяжести

Н - результирующая опорная реакция

Н - опорная реакция, расположенная в вертикальной плоскости перпендикулярно к оси шпинделя.

Н - опорная реакция в горизонтальной плоскости

Н - результирующая опорная реакция

 

4 Определяем моменты

 Нмм - изгибающий момент, действующий в вертикальной плоскости

 Нмм - изгибающий момент, действующий в плоскости, ей перпендикулярной.

 - крутящий момент

 Нмм - результирующий эквивалентный момент

 

5 Определим опорные реакции.

Н - опорная реакция, расположенная в вертикальной плоскости перпендикулярно к оси шпинделя.

h=X_c+30=… мм

Н - опорная реакция в горизонтальной плоскости

R – наибольший радиус изделия (фланца);

Н - результирующая опорная реакция

Н - опорная реакция, расположенная в вертикальной плоскости перпендикулярно к оси шпинделя.

Н - опорная реакция в горизонтальной плоскости

Н - результирующая опорная реакция

6 Определяем моменты

 Нмм - изгибающий момент, действующий в вертикальной плоскости

 Нмм - изгибающий момент, действующий в плоскости, ей перпендикулярной.

 Нм - крутящий момент

 Нмм - результирующий эквивалентный момент

5 Определим диаметр вала под подшипник:

 мм

6 Определим мощность двигателя

n= 2 об/мин;

η₀=0,7

 кВт

Расчет механизма наклона

      Рисунок 4 – Схема манипулятора для расчета механизма наклона

 

1 Определим наибольший грузовой момент

Н·м – наибольший грузовой (опрокидывающий) момент относительно оси наклона, так как при этом плечо грузового момента достигает максимума, равно

h₁=… мм

G - масса трубопровода, G=… Н

2 Определим опорные реакции на цапфах поворотной траверсы

С₁=С₂= Н

С₀=С₁+С₂ – сумма опорных реакций

С₀=.. Н

3 Определяем суммарное окружное усилие на зубчатых секторах

Н

Согласно приведенным расчетам выбираем сварочный вращатель.

Задача 2

Исходные данные (см приложение 1)

Диаметр обечайки D, мм.

Длина обечайки L, мм.

Толщина стенки δ, мм.

1 Задание

 

1 Определить активную внешнюю нагрузку на роликовые опоры стенда действующие в статическом положении.

2 Определить величину окружного усилия на приводных роликоопорах во время вращения изделия.

3 Рассчитать усилие на приводной и холостой роликоопоре.

4 Сравнить полученные данные по п.3 с допустимой нагрузкой на роликовые опоры указанные в соответствии с ГОСТ 21327-78 в зависимости от d_р роликовой опоры.

Решение

Активная внешняя нагрузка стенда состоит из центральной силы G, равной весу вращаемого изделия, и грузового момента , где G – вес обечайки, е – смещение центра тяжести обечайки - дисбаланс. При сварке обечаек дисбаланс принимается равным величине удвоенного предельного отклонения по диаметру обечайки (см. табл.1).

Таблица 1 Предельные отклонения по диаметру обечайки

Наружный диаметр D, мм	Предельные отклонения по диаметру e, мм
<1000	± 5
>1000-1500	± 7
>1500-2300	± 9
>2300-2800	± 11
>2800-3000	± 12
>3000	± 12

Вес обечайки найдём по формуле Н, где  – объём листа обечайки, мм³;

γ – плотность стали, г/мм³. γ = 7,86 10^-3 г/мм³.

В статическом состоянии стенда при е = 0 сила G создаёт на роликоопорах опорные реакции Q, зависящие от угла α. Допускаемый диапазон центрального угла равен: α =50⁰-120⁰. (1,стр.232).

(1.стр.227)                            (1)

Эту же величину можно выразить в зависимости от диаметра изделия D, поперечного расстояния между роликоопорами  и диаметра роликов :

(1.стр.227)        (2)

Принимаем = 60÷800 мм (см.табл.2). Поперечное расстояние между роликами определим по формуле

Рисунок 1 Расчётная схема роликового стенда: а - при α > 90°; б – при α < 90°.

Во время вращения изделия на приводных роликах возникает окружное усилие Т₁ (см. рисунок1). Чтобы оценить влияние этого усилия на опорные реакции роликов Q, приложим к центру вращаемого барабана О две равные и прямо противоположные силы Т₁. Одна из них, в паре с окружным усилием на роликах, образует момент Т₁R, вращающий барабан вокруг оси О. Другую силу раскладываем по направлениям опорных реакций на две составляющие Т₃ и Т₄. Следовательно, под действием окружного усилия Т₁ к основным опорным реакциям роликов Q (см. формулу (1)) добавляются силы: ±Т₃ - на ведущие роликоопоры и Т₄ - на ведомые, холостые роликоопоры. Аналогичное действие производит сила Т₂, добавляя к опорным реакциям силы  и . Таким образом, суммарные опорные реакции на приводных и холостых роликоопорах будут соответственно:

Q₁ = Q + Т₃ +  Q₂ = Q + Т₄ +  (1.стр.228) (3)

По рисунку 1, а имеем:

Подставив в формулы (3) найденные значения Q, Т₃ и Т₄, получим следующие выражения для опорных реакций:

;  (1.стр.228) (4)

Величина окружного усилия Т₁ на приводных роликах определится из условия преодоления (уравновешивания), во-первых, грузового момента , а во-вторых, сопротивления вращению холостых роликоопор Т₂.

Условие равновесия момента относительно оси вращаемого барабана запишется как

, откуда

(1.стр.228)                                  (5)

где R – радиус вращаемого барабана; Т₂ – сопротивление вращению холостых роликов.

Сопротивление вращению приводных роликов и приводного вала должно быть учтено в дальнейших расчётах, при определении крутящего момента и мощности на приводном валу роликоопор.

Сопротивление вращению холостых роликоопор, приведённое к их окружности, определяется как

(1.стр.228)                            (6)

где dp – диаметр оси роликов в подшипниках; f – коэффициент трения в подшипниках роликоопор (для подшипников скольжения f = 0,1, для подшипников качения при конических роликоподшипниках f = 0,02); μ – коэффициент трения качения (для стальных роликов μ = 0,06-0,08, для обрезиненных μ = 0,25-0,35), принимаем μ = 0,3. Рекомендуемое значение = 50-100 мм. Выбираем =…мм.

Подставив значение Т₂ из формулы (6) в выражение (5) получим:

(1.стр.229)                            (7)

Заменив в этой формуле величину Q₂ его значением из формулы (4), после некоторых преобразований получим окончательное выражение для величины необходимого окружного усилия Т₁ на приводных роликоопорах:

(1,стр. 229)               (8)

Аналогично для холостых роликоопор:

(1,стр. 229)                        (8)

где = е/R - эксцентриситет, выраженный в долях радиуса барабана (дисбаланс); - коэффициент учитывающий трение.

Окружные силы Т₁ и Т₂, возникающие на стендовых роликах при вращение барабана, увеличивают опорные реакции роликов, если барабан вращается против часовой стрелки по рис. 1, так как при этом силы Т₁ и Т₂ направлены вниз. Вызванная этими силами добавочная нагрузка на ролики тем больше, чем больше угол α и чем выше коэффициенты трения f и μ.

Если же барабан вращается в обратную сторону, то силы Т₁ и Т₂ направлены вверх и опорные реакции уменьшаются. Поэтому для определения максимальных расчётных усилий надо выбрать направление вращения приводного вала и положение центра тяжести G так, как показано на рис.1, т.е. с окружными усилиями Т₁ и Т₂, направленными вниз.

Подставив найденное выше значение Т₁ в формулы (4), получим окончательное выражение для опорных реакций роликоопор при их вращении под нагрузкой:

(1,стр. 230)               (9)

 

(1,стр. 230)                 (9)

Зная величину окружных и радиальных усилий, действующих на роликоопоры, нетрудно определить расчётную нагрузку роликов, их осей и валов:

Определяем расчётную нагрузку действующую на каждую роликовую опору:

       

где - нагрузка на одну ведущую роликоопору; - то же, на холостую; - число роликоопор в одном ряду, = 6; - коэффициент, учитывающий неравномерность 

распределения нагрузки на роликоопорах (для обрезиненных роликов при i ≥3  = 1,2÷1,3). Значение допускаемой нагрузки на роликовые опоры в соответствии с ГОСТ 21327-78 в зависимости от d роликовой опоры представлены в таблице 2.

Таблица 2 Значение допускаемой нагрузки на роликовые опоры в соответствии

с ГОСТ 21327-78 в зависимости от d роликовой опоры

Допускаемая нагрузка Rдоп, кН	2,5	5,0	20, 0	25, 0	50,0	100,0	200,0	400,0	800,0
Диаметр роликоопор dp, мм.	60	100; 160	100; 160	160; 250	250; 320	250; 320; 400; 500	400; 500; 630	500; 630; 800	630; 800

 

По наибольшей из величин  и  подбираются нормализованные роликоопоры и грузошины к ним в соответствии с действующим сортаментом и каталогами.

Проверка запаса сцепления приводных роликов с изделием:

(1,стр. 234)                          (10)

 где - коэффициент сцепления роликов с изделием. Для стальных роликов можно принимать =0,15, для обрезиненных роликов можно принять =0,3÷0,4.

Необходимая мощность на приводном валу роликоопор, кВт, определяется по формуле: (1,стр. 234)                                 (11)

где - частота вращения вала при маршевой скорости, об/мин. Принять равным 10 об/мин.

Из каталога по рассчитанным данным выбираем роликовый стенд модели ……..

Данный роликовый стенд предназначен для вращения цилиндрических изделий со сварочной скоростью при ручной, полуавтоматической и автоматической сварке внутренних и наружных кольцевых швов, а также для установки изделий в положение, удобное для сварки. На нем производить сварку продольных швов обечаек, приварку деталей насыщения, а также другие работы, требующие поворота изделия.

Сварка может производиться под слоем флюса и в защитной среде инертных газов.

Роликовый стенд состоит из четырех секций, привода, смонтированного на одной из секций, и шкафа управления. В каждую секцию входят рама, приводная и холостая роликоопоры. Приводные роликоопоры соединены между собой посредством жестких муфт и промежуточных валов.

Роликоопора состоит из чугунного основания, литого стального колеса, обрезиненного массивными шинами, и вала, вращающегося в подшипниках. Холостые роликоопоры перекидные,  т.е. имеют два положения в зависимости от диаметра свариваемого изделия.

Привод стенда обеспечивает плавное бесступенчатое регулирование числа оборотов свариваемого изделия и вращения его с заданной скоростью.

Управление стендом дистанционное.

Техническая характеристика.

Наибольший крутящий момент на выходном валу привода, Нм…………

Грузоподъемность, кг…………………………………………………..........

Частота вращения ролика, об/мин…………………………………..............

Маршевая частота вращения ролика, об/мин………………………………

Рекомендуемые диаметры свариваемых круговых швов, мм……………..

Расстояние от основания до оси вращения роликов, мм…………………..

Наружный диаметр роликов, мм...…………………………………………..

Размер массивной бандажной шины по ГОСТ 5883-76, мм…………….

Ток питающей сети:

Род……………………………………………………………………………..

Частота,Гц…………………………………………………………………….

      Напряжение, В……………………………………………………………..

Ток электропривода:

Род…………………………………………………………………………...

Напряжение,В……………………………………………………………....

Напряжение тока цепей управления, В……………………………………..

Электродвигатель:

Тип…………………………………………………………………………...

Мощность, кВт………………………………………………………….......

Частота вращения, об/мин………………………………………………….

Тип  тиристорного  преобразователя……………………………………….

Габариты,мм:

Длина.……………………………………………………………………….

Ширина………………………………………………………………………

Высота………………………………………………………………………..

Масса (без электрошкафа), кг……………………………………………....

Масса электрошкафа, кг…………………………………………………….

Задача 3.